[發明專利]一種自旋太赫茲發射裝置及方法

有效

• 申請號: 201910772551.2
• 申請日: 2019-08-21
• 公開（公告）號: CN110535003B
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 聶天曉;王海宇;趙海慧
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H01S1/02
• 分類號: H01S1/02
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 苗曉靜

1.一種自旋太赫茲發射裝置，其特征在于，包括：飛秒激光器、雙層納米薄膜和電流源；

其中，所述雙層納米薄膜包括互相接觸的鐵磁層與非鐵磁層，所述鐵磁層和所述非鐵磁層均為納米薄膜；

所述飛秒激光器用于輸出泵浦激光并穿透所述雙層納米薄膜，并從所述非鐵磁層輻射出第一太赫茲脈沖；

所述電流源用于向所述非鐵磁層輸入電流，以在所述非鐵磁層產生自旋流，所述自旋流引發的自旋軌道矩使鐵磁層發生磁性翻轉，并從所述非鐵磁層輻射出與所述第一太赫茲脈沖的極性相反的第二太赫茲脈沖；所述自旋軌道矩在鐵磁層中產生；所述非鐵磁層的材料為強自旋軌道耦合材料，所述強自旋軌道耦合材料為重金屬材料或拓撲絕緣材料；所述重金屬材料包括Pt、Ta或W中的一種或多種的組合層；所述拓撲絕緣材料包括Bi₂Se₃，Bi₂Te₃，Bi_xSb_1-x，Sb₂Te₃或(Bi_xSb_1-x)₂Te₃中的任一種或所述任一種的合金；

其中，所述向所述非鐵磁層輸入電流是與所述輸出泵浦激光穿透所述雙層納米薄膜同步進行，或者所述向所述非鐵磁層輸入電流在所述輸出泵浦激光穿透所述雙層納米薄膜之后進行。

2.根據權利要求1所述的自旋太赫茲發射裝置，其特征在于，所述飛秒激光器為飛秒激光振蕩器、飛秒激光放大器或光纖飛秒激光器；所述飛秒激光器輸出的所述泵浦激光的脈沖寬度小于1ps。

3.根據權利要求1所述的自旋太赫茲發射裝置，其特征在于，所述鐵磁層的材料包括過渡金屬或過渡金屬合金。

4.根據權利要求1所述的自旋太赫茲發射裝置，其特征在于，所述電流源為直流電流源或交流電流源。

5.一種自旋太赫茲發射方法，其特征在于，包括：

將泵浦激光穿透雙層納米薄膜，并從非鐵磁層輻射出第一太赫茲脈沖；其中，所述雙層納米薄膜包括互相接觸的鐵磁層與非鐵磁層，所述鐵磁層和所述非鐵磁層均為納米薄膜；

向所述非鐵磁層輸入電流，以在所述非鐵磁層產生自旋流，所述自旋流引發的自旋軌道矩使所述鐵磁層發生磁性翻轉，并從所述非鐵磁層輻射出與所述第一太赫茲脈沖的極性相反的第二太赫茲脈沖；所述自旋軌道矩在鐵磁層中產生；所述非鐵磁層的材料為強自旋軌道耦合材料，所述強自旋軌道耦合材料為重金屬材料或拓撲絕緣材料；所述重金屬材料包括Pt、Ta或W中的一種或多種的組合層；所述拓撲絕緣材料包括Bi₂Se₃，Bi₂Te₃，Bi_xSb_1-x，Sb₂Te₃或(Bi_xSb_1-x)₂Te₃中的任一種或所述任一種的合金；

其中，所述向所述非鐵磁層輸入電流是與所述輸出泵浦激光穿透所述雙層納米薄膜同步進行，或者所述向所述非鐵磁層輸入電流在所述輸出泵浦激光穿透所述雙層納米薄膜之后進行。

6.根據權利要求5的所述自旋太赫茲發射方法，其特征在于，所述將泵浦激光穿透雙層納米薄膜，并從非鐵磁層輻射出第一太赫茲脈沖，還包括：

若所述泵浦激光垂直所述鐵磁層入射并在所述鐵磁層產生第一瞬時自旋流，則所述第一瞬時自旋流在所述非鐵磁層轉變為第一電荷流，并從所述非鐵磁層輻射出所述第一太赫茲脈沖；

若所述泵浦激光垂直所述非鐵磁層入射并在所述鐵磁層產生第二瞬時自旋流，則所述第二瞬時自旋流在所述非鐵磁層轉變為第二電荷流，并從所述非鐵磁層輻射出所述第一太赫茲脈沖。

7.根據權利要求6所述的自旋太赫茲發射方法，其特征在于，所述第一瞬時自旋流轉變為所述第一電荷流，以及所述第二瞬時自旋流轉變為所述第二電荷流，均基于逆自旋霍爾效應或逆拉什巴效應。

8.根據權利要求7所述的自旋太赫茲發射方法，其特征在于，所述向所述非鐵磁層輸入電流，以在所述非鐵磁層產生自旋流，基于自旋霍爾效應或拉什巴效應。